再发新星M31N 2022-09a发现记

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再发新星M31N 2022-09a发现记

原文刊载于《天文爱好者》2023年第2期，未经许可禁止转载。
作者|赵经远
写在前面

如今远程技术越来越完善，远程天文台也随之遍地开花，很多天文爱好者在家里就能进行天文观测与摄影，甚至可以参与巡天发现，如我国的星明公众远程天文台（XPRO）和星明天文台巡天项目（XOSS）。但现在这篇文章让我们把视线投向远在加拿大的伯克-加夫尼天文台（简称BGO），2022年9月上旬，笔者在国内使用其所拥有的拉尔夫·麦德约克望远镜（简称RMT），发现了一颗再发新星M31N 2022-09a。下面将对BGO及RMT作简要介绍，并叙述M31N 2022-09a的发现经过。
BGO简介




黄昏下的伯克-加夫尼天文台。图像来源：BGO

       BGO是一个由加拿大圣玛丽大学理学院天文与物理学系运营的天文台，位于其校园内一栋22层住宅楼顶，以圣玛丽大学天文与物理学系创建者Michael Walter Burke-Gaffney的名字命名。BGO于1972年1月下旬正式启用，主要用于圣玛丽大学天文学课程教学、公众科普宣传及小型科研项目等用途，RMT是该天文台的主要设施。此外，BGO还有1个40厘米反射式望远镜、10个20厘米反射式望远镜、1个专用于太阳观测的望远镜等仪器。



圆顶内的拉尔夫·麦德约克望远镜。图像来源：BGO

       RMT是一架主镜直径61厘米的Planewave CDK望远镜，以资助购买该望远镜的Ralph Medjuck命名。目前，该望远镜面向全世界公众免费开放使用，观测者只需进行简单的自我介绍，即可获得其使用权。RMT可通过社交网络、电子邮件（仅限修读圣玛丽大学天文学课程的学生或者获得天文台台长许可的人使用）、手机短信（仅限加拿大境内的电话号码）、软件（支持Windows、MacOS和Android系统）等方式远程操作，观测者在编写了简单的命令语言之后，就可使用它进行自己的观测；当拍摄完成的时候，RMT会给观测者发送一张预览图像；到了圣玛丽大学即将日出之时，观测者便可下载FITS图像，非常简便。欲了解关于BGO的更多信息，可访问其官网：https://observatory.smu.ca/bgo-useme。



笔者使用RMT拍摄的猎户座星云局部

缘起

       在一位江西同好的推荐下，我与BGO结缘于2019年11月。当时我参与星明天文台巡天项目已有4年之久，由于星明天文台和BGO分居东西半球，在时差上正好互补，因此使用RMT确认星明天文台发现的可疑天体是我的主要目的之一，典型例子就是我和来自上海的张宓同好使用RMT，确认了2019年12月8日公众超新星搜寻项目发现的Ibn型超新星SN 2019wep。



张宓使用BGO拍摄的SN 2019wep确认图像（由于当时错误操作，我所拍摄的补拍图像，现在已不可下载）

       2022年7月开始，一位名叫Filipp Romanov的俄罗斯天文爱好者，使用RMT接连发现了两颗M31新星，在他使用其他远程天文台对其中一颗进行后随观测的时候，又发现了第三颗。Romanov的一系列发现使我也跃跃欲试，所以从2022年7月23日起，我也开始使用RMT拍摄M31的核心区域，用以搜寻其中的新星。



笔者使用RMT拍摄的M31核心区域预览图

发现
       很快一个半月过去了，仍然一无所获，但我并不灰心。9月8日17时许，我收到了RMT自动邮件通知，可以获取当天的FITS图像了。由于有其他事情要处理，到了傍晚快19时的时候，我才开始有条不紊地进行搜寻：从BGO官网下载当天拍摄的FITS图像，使用Fitswork软件做背景平场（目的是减弱星系核心的亮度，以搜寻核心区域不那么明亮的新星），然后在Astrometrica软件中叠加图像,归算坐标，将新图和历史图对比，以发现新图中新出现的亮点。
       刚按下“闪烁”按钮，我便被新图中M31核心旁边的一个亮点吸引了，它非常像真实的星点，而在历史图这个位置却没有任何东西。但是，根据过去一个半月的经验，我很清楚RMT图上奇奇怪怪、以假乱真的东西（主要是噪点、鬼影等假目标）实在太多了，因此必须检查当天拍摄的所有M31图像才能确定目标是否真实。很快，我发现这一目标在我当天拍摄的3张图，以及另两位观测者拍摄的5张图上均清晰可见，因此它必定是真实的天体。
       紧接着我又排除了小行星的可能，并且确认天文电报中央局（简称CBAT）网站上最近没有河外新星候选体的报告。随后我将坐标输入暂现源名称服务网（简称TNS），出乎意料的是，竟然有新页面弹出，通常这意味着该目标可能已被他人上报，我心里一下凉了半截。由于星明天文台的宁波市教育局-新疆天文台望远镜（简称NEXT）当天凌晨获取的图像上这一目标不可见，我心想这大概是一颗爆发早期的新星，刚爆发就被其他人报告了。
       然而当TNS页面加载完毕后，我才意识到原来虚惊一场。TNS上的目标是张宓和高兴老师在2020年1月底发现并报告的，编号AT 2020ber（在Wolfgang Pietsch的M31新星表中，它也被编号为M31N 2020-01b），其坐标与我发现的目标基本吻合，这意味着它可能是一颗再发新星，而我或许发现了它在2022年的爆发。



河外新星AT 2020ber

       我迅速翻阅了当年的新闻稿（自2017年11月起，星明天文台的每颗河外新星、超新星发现，都会有一篇新闻稿介绍发现经过），了解到M31N 2020-01b是一颗He/N型新星（在这种类型的新星光谱中，除了氢线之外最强烈的发射线是氦线或氮线），可能也曾在1926年（M31N 1926-07c）、1997年（M31N 1997-10f）和2008年（M31N 2008-08b）多次爆发。
       综合以上信息，可以初步判定，我很可能发现了M31N 1926-07c有记录的第5次爆发，与上次仅相隔2.6年，如被证实，那么它将成为已知重现时间最短的新星之一，这是非常罕见的。于是我立即将其上报至CBAT，该目标获得编号PNV J00425234+4116130。稍晚我也在TNS上的AT 2020ber页面补充了报告，给予其内部编号Jingyuan N5。



CBAT报告页面



我的发现图像

回顾

       我们先来回顾一下之前的4次爆发。



哈勃论文中提到的85颗新星以及一些变星在M31的位置分布,65号新星用红色字体标识。图像来源：Astrophysical Journal

       1923年秋，美国天文学家埃德温·哈勃开始系统性地搜寻M31中的新星，以便为新星的统计研究积累数据。1929年，哈勃发表了一篇题为A Spiral Nebula as a Stellar System, Messier 31（《作为恒星系统的旋涡星云，梅西叶31》）的开创性论文，标志着星系天文学的诞生。在这篇论文中，哈勃也报告了M31新星的搜寻结果，他的搜寻持续到1927年底，新发现63颗新星,使当时所知的M31新星数量达到了85颗。在哈勃新发现的63颗新星里，有一颗被编号为65号新星，即[H29] N065，它在1926年7月12日被发现，如今也被称为M31N 1926-07c。



哈勃论文中关于65号新星的记录。图像来源：Astrophysical Journal

       1980年9月30日，意大利天文学家Leonida Rosino等人在M31N 1926-07c附近发现了另一颗新星，并将其编号为122号新星（如今也被称为M31N 1980-09d）。虽然两者比较接近，但是2015年美国天文学家Allen Shafter等人在比较了它们的发现图像后指出，两者角距离约27角秒，因此并无关联。



左：M31N 1926-07c（箭头所指）；中：M31N 1980-09d（圆圈中心）；右：将两张图像对齐，两颗新星没有重合。图像来源：Astrophysical Journal Supplement

       在1990和1997年之间，美国天文学家Allen Shafter和Bryan Irby也对M31进行了新星搜寻。2001年，他们公布了结果，总计发现82颗新星。
       2008年8月11日，美国天文学家Martin Henze等人在天文学家电报（简称ATel）报告了两颗新星候选体。他们注意到其中一颗（后被编号为M31N 2008-08b）与Shafter和Irby发现的M31N 1997-10f角距离非常小，在误差允许的范围之内，因此将其列为再发新星候选体。几天后意大利天文学家Francesco Di Mille等人获得了M31N 2008-08b的光谱，认为它是一颗He/N型新星，与银河系再发新星人马座V3890的光谱相似。



M31N 2008-08b的光谱。图像来源：Astronomische Nachrichten

       2015年，Shafter等人发表了一篇河外新星研究领域的代表性论文，题为Recurrent Novae in M31（《M31中的再发新星》），梳理了历史上在M31方向发现的964次疑似新星爆发，从其中筛选出再发新星候选体，并对这些候选体的图像进行了比较，最终确认了12颗再发新星（32次爆发）和4颗疑似再发新星（8次爆发）。在这篇论文中，他们将M31N 1926-07c、M31N 1997-10f和M31N 2008-08b的图像对齐，发现三者完全重合，因此确认它们是再发新星。



左上：M31N 1926-07c；中上：M31N 2008-08b；右上：将两张图像对齐，两颗新星完全重合。左下：M31N 1997-10f；中下：M31N 2008-08b；右下：将两张图像对齐，两颗新星完全重合。图像来源：Astrophysical Journal Supplement

       时间很快来到了2020年1月28日，这天晚上张宓和高兴老师在星明天文台NEXT的数据中发现了一颗候选体，并且也意识到它可能是M31N 1926-07c的又一次爆发。该候选体后被编号为M31N 2020-01b。两天后，美国天文学家Monika Soraisam等人获取了它的光谱，证认其为He/N型新星。但有点可惜的是，当时没有确认M31N 2020-01b与M31N 1926-07c、M31N 1997-10f和M31N 2008-08b之间的联系。



M31N 2020-01b发现图像。图像来源：星明天文台

后随观测与确认

       现在让我们回到PNV J00425234+4116130。
       在我发现的当晚，星明天文台NEXT也拍到了它，其亮度已开始变暗。在我上报9小时后，捷克天文学家Kamil Hornoch和Hana Kucakova也在ATel#15599报告了独立发现，并将该目标编号为M31N 2022-09a。他们在8日凌晨5时许获取的图像上还不能看到它，极限星等20.0等；而到了6时许，M31N 2022-09a已出现，亮度为19.4±0.3等；而后迅速增亮，7时许，已有17.5±0.1等。这些数据不仅佐证了M31N 2022-09a处于爆发早期阶段，而且大幅缩短了爆发时间的不确定性，只有约1小时。



Hornoch和Kucakova发现图像。图像来源：ATel#15599

       9月11日，Hornoch等人相继发布了ATel#15608和ATel#15609两份报告。在报告中，他们不仅承认了我的发现，而且说是我最早意识到M31N 2022-09a可能是再发新星的本质。为了验证我的猜测，Hornoch等人将此次爆发图像与2008年爆发图像对齐，发现它们完全重合，证实了M31N 2022-09a的确是再发新星M31N 1926-07c的又一次爆发。同时，他们也确认2020年发现的M31N 2020-01b是M31N 1926-07c被观测到的第4次爆发。



2008年爆发（黑色）与2022年爆发（白色）对比图像，箭头所指即M31N 2008-08b和M31N 2022-09a，两者完全重合。图像来源：ATel#15608

       他们指出，这些爆发表明该再发新星的重现时间约为2.7年，使它成为相邻两次爆发间隔最短的新星之一。此外，Hornoch等人表示最近的一些爆发可能发生在M31与太阳相合的时候，此时难以观测，因此成了巡天系统的漏网之鱼。
结语

       在我与Shafter等人进行了深入交流之后，一篇题为M31N 1926-07c: A Recurrent Nova in M31 with a 2.8 Year Recurrence Time（《M31N 1926-07c：M31中重现时间2.8年的再发新星》）的论文已正式出版，而我、张宓和高兴老师也成为共同作者。这篇论文汇总了捷克科学院昂德列约夫天文台0.65米望远镜（OND）、中国星明天文台0.6米NEXT、加拿大BGO和美国拉古纳山天文台1米望远镜（MLO）的测光数据，得出了以下结论：



4个望远镜。图像来源：wikipedia、星明天文台、BGO、CSU Fresno

       1、目前M31N 1926-07c记录下了5次爆发，这在M31中比较少见，只有M31N 1963-09c（6次，星明天文台半米望远镜发现了它最近一次爆发，即M31N 2020-11b）和M31N 2008-12a（这是一颗著名的再发新星，从2008年至今已观测到15次爆发，有望在未来演变为Ia型超新星）的次数更多；
       2、如果只考虑最近25年里发生的4次爆发，保守估计其平均重现时间为2.78±0.03年。综合考虑5次爆发，得出其平均重现时间可能为2.75±0.01年。这使得M31N 1926-07c成为平均重现时间最短的新星之一，仅次于M31N 2008-12a（0.99±0.02年）与M31N 2017-01e（由日本天文爱好者板垣公一在2017年1月首次发现，公众超新星搜寻项目发现了后来的两次爆发，即M31N 2019-09d和M31N 2022-03d，其平均重现时间为2.545±0.019年）；
       3、M31N 1926-07c最近两次爆发的测光数据较为完整，光变趋势总体相似，从峰值亮度变暗2等约需9天，属于快新星，但对于平均重现时间不到3年的再发新星来说有些缓慢，这可能与其光谱中非常狭窄的发射线有关。
       同时该论文预测,M31N 1926-07c的下次爆发将发生在2025年6月前后，期待那时可以得到更多测光和光谱数据，以进一步研究。



相关论文截图。图像来源：RNAAS



M31N 1926-07c最近两次爆发的光变曲线。图像来源：RNAAS

       M31N 2022-09a是我发现并被确认的第3颗再发新星，也是我总计发现的第7颗M31新星。能取得这些发现和成果，不仅要感谢日益发达的远程天文台技术，也要感谢星明天文台、公众超新星搜寻项目团队、BGO工作人员和Shafter等人的付出。同时这也说明，即使在专业巡天项目几乎遍及全天的今天，天文爱好者只要持之以恒也能作出重要发现，专业-业余合作也能结出丰硕果实。